JMS-S3000 SpiralTOF™-plus 30 聚合物分析系统 |产品信息|日本日本株式会社

功能

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MALDI-TOFMS 非常适合聚合物分析

JMS-S3000 SpiralTOF™-plus 30 是一款基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪 (MALDI-TOFMS)，具有超高质量分辨率和高灵敏度，采用 JEOL 独特的 SpiralTOF 离子光学系统。其高质量分辨率、高质量准确度和宽动态范围非常适合分析合成聚合物。
聚合物由于单体聚合度的不同而具有分布。当分析具有不同端基或共聚的聚合物的混合物时，包括具有不同组成的化合物。因此，在较宽的质量范围内实现超高质量分辨率非常重要。此外，在分析含有多种成分的样品时，微量成分的质量分离尤为重要，由于SpiralTOF™-plus 30采用扇形电场消除源后分解产生的离子，因此可以轻松实现微量成分的质量分离。为了以这种方式分析聚合物，需要对质谱的纵轴和横轴进行大范围的分析，而 SpiralTOF™-plus 30 正是满足这一需求的仪器。
使用 SpiralTOF™-plus 30 获得的聚合物的质谱极其复杂，并且包含大量信息，因此手动分析它们是不切实际的。解决方案是 msRepeatFinder，一款最先进的聚合物分析软件。

挑战常识极限的SpiralTOF离子光学系统

为了提高飞行时间质谱仪的质量分辨率和质量精度，需要在“有限的空间”内“延长飞行距离”，而不是分散相同质量的离子群（离子包）。
SpiralTOF离子光学系统采用JEOL专有技术开发了多转TOFMS基本原理“完美聚焦”和“多转”原理，在有限的空间内实现了17 m的螺旋离子轨迹。离子包聚焦在螺旋轨迹的每一层，实现高质量分辨率和质量精度以及高离子传输率。

肽标准混合物的质量分辨率（10 次测量的平均值）

减少基质晶体不均匀的影响

基质晶体的不均匀性会导致飞行起始位置的差异，从而导致飞行时间的差异。 SpiralTOF™-plus 30通过延长飞行距离来最大限度地减少这种影响，稳定质量分辨率，并使用外标法实现高质量精度。此外，即使在测量大型且不平坦的样品表面（例如生物切片样品的质量成像）时，也能保持高质量分辨率和质量精度。

实现宽动态范围

SpiralTOF™-plus 30 使用 14 位 ADC（模数转换器）进行信号处理，以实现宽动态范围。这使得同时检测离子强度差异约为 4 个数量级的峰成为可能。此外，不仅在普通溶液测量中，而且在质量成像测量中，分析痕量成分也变得更加容易。以下是含有 1,000:1 聚环氧乙烷和环氧丙烷混合物的样品的测量示例。在聚合物分析中，通过与肯德里克质量缺陷（KMD）分析相结合，可以分析难以发现的痕量成分。

聚环氧乙烷和聚环氧丙烷 1,000:1 混合物的质谱

SpiralTOF™-plus 30 实现了较宽的动态范围，并且可以计算痕量组分的分子量分布。

KMD 图（基本单位 EO）

分子量分布计算值

	总强度(%)	数均分子量	重均分子量	多分散性
①	89.83	1460.80	1492.87	1.0220
②	10.00	1480.46	1515.30	1.0235
③	0.17	2112.30	2132.53	1.0096

螺旋模式下测量质量范围的扩展

螺旋TOF^™-Plus 30 具有螺旋模式测量质量范围m/z扩大到50,000。现在可以对高分子量聚合物进行更准确的分析。

聚苯乙烯 (PS) 10 kDa、20 kDa、40 kDa 混合物的螺旋模式正离子质谱

TOF/TOF选项和线性TOF选项的特点和应用

TOF/TOF 选项

功能

通过在第一台MS中采用SpiralTOF离子光学系统，我们实现了较高的前体离子选择性，并且可以适当地选择前体离子的单同位素峰。
利用高能碰撞诱导解离 (HE-CID) 可以获得富含结构信息的产物离子质谱。
JEOL独特的偏置抛物面反射技术使我们能够获得从m/z 5到母离子的所有产物离子信息，并获得高度可靠的结构信息。

用法

在有机化合物的结构分析中，除了通过HE-CID获得的结构信息之外，通过确定离子种类（加成离子），可以使用螺旋模式下的精确质量来提高成分估计的准确性。
在肽的氨基酸序列分析中，HE-CID具有识别亮氨酸、异亮氨酸等结构异构体的能力。还可以通过检查亚铵离子来确认构成肽的氨基酸。
分析添加剂、表面活性剂、脂质等时，组成烷基链的结构分析非常重要。 HE-CID 可以估计烷基链长度和双键位置。
在聚合物的结构分析中，离子种类（加合离子）和端基的质量可以通过产物离子质谱来确认。通过与Spiral模式的成分估计结果相结合，可以提高结构估计的精度。

聚氧丙烯的产物离子质谱

在 SpiralTOF™-plus 30 中，只能选择单同位素离子，因此很明显，相差 2 u 的两个产物离子不是同位素离子，而是具有不同的结构。

线性 TOF 选项

功能

在线性 TOF 选项中，离子从离子源沿直线飞行和检测。
当离子在飞行过程中经历源后分解 (PSD) 时，生成的离子和中性粒子飞行并以与解理前相同的速度进行检测，因此 PSD 离子在线性模式质谱中被检测为与解理前离子相同的信号。因此，线性模式质谱可以高灵敏度地测量易发生 PSD 的高质量样品。
螺旋和线性模式进一步扩大了可测量的目标范围。

用法

可有效筛选聚合物的分子量分布。
可以计算质量分布范围从几千到数万的聚合物样品的分子量分布、多分散性等。
可以对分子量为 10,000 或更高的高质量样品（例如完整蛋白质）进行高灵敏度测量。
可以对易发生 PSD 的样品（例如蛋白质和糖链）进行高灵敏度测量。

聚（苯乙烯）40 K、100 K 和 200 K 质谱

SpiralTOF™-plus 30，专门从事聚合物分析

具有不同端基的聚合物的混合物和共聚物含有多种化合物，为了了解它们的特性，有必要检测每种化合物，这需要在较宽的质量范围内具有超高的质量分辨率。此外，由于混合了多种聚合物和微量添加剂以提高功能性，因此不仅检测基材，而且检测微量成分也很重要。
凭借在宽范围和宽动态范围内的超高质量分辨率，SpiralTOF™-plus 30 是满足这些要求的解决方案。源后离子排除是 SpiralTOF 光学系统的一大特点，极大地有助于清晰的质谱分析。
我们为聚合物分析提供最有效且唯一的解决方案，近年来，由于先进的功能和回收利用，聚合物分析变得越来越复杂。

聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 的质谱 (m/z2,000-9,000)

SpiralTOF™-plus 30 在聚合物分析所需的宽质量范围内实现了高质量分辨率。

聚合物端基分析

通过使用 msRepeatFinder 对 JMS-S3000 SpiralTOF™-plus30 测量的质谱进行分析，可以对具有不同端基的多种均聚物的混合物进行可视化和分组。在下面的示例中，KMD 图显示至少有四个具有不同端基的系列，但 KMR（Kendrick 质量剩余）图确认实际上有五个系列。还可以通过指定终端组的组成在 KMD 图上进行搜索和分组。对于分组系列，相对离子强度和聚合物指数值的计算如下表所示。

不同端基聚环氧乙烷混合物的MALDI质谱/KMD图/KMR图

	总实力	总强度(%)	平均数分子量	平均体重分子量	多分散性	单体	末端基团α	末端基团 ω	加成离子	化合价	数均聚合度	平均体重聚合度	多分散性 (聚合度)
1	826378	61.26	1092.769	1109.324	1.015	C2H4O	H	哦	娜	1	23.89	24.28	1.016
2	239802	17.78	1434.544	1453.005	1.013	C2H4O	C12H25	哦	娜	1	27.832	28.323	1.018
3	174958	12.97	1347.449	1365.068	1.013	C2H4O	C16H33	哦	娜	1	24.581	25.079	1.02
4	90119	6.68	1371.922	1387.459	1.011	C2H4O	C18H37	哦	娜	1	24.5	24.949	1.018
5	17689	1.31	1280.546	1291.183	1.008	C2H4O	C18H35	哦	娜	1	22.47	22.783	1.014

通过精确质量测量和 MS/MS 测量（产物离子质谱）估计端基结构

msRepeatFinder 允许您根据测量的精确质量来估计离子的元素组成。组④的末端基团的组成推定结果如下所示。所有四种候选物质都具有相同的元素组成，但聚合度不同。根据从产物离子质谱获得的信息，进一步缩小了候选范围。产物离子质谱m/z观察到 23 个峰，表明母离子是钠加合离子。当您创建产物离子质谱的 RKM（Kendrick 质量余数）图时，您可以从特征中性损失中看到，一个端基的大小约为 254 u，而另一个则较小。结果，末端基团C₁₈H₃₇/我们能够估计它是带有OH的聚环氧乙烷。

数量	端基组成	单体	n	加成离子	质量	DBE	质量错误（绝对值）	质量错误 (mDa)	质量错误（绝对值）	质量错误 (ppm)
1	C16H34	C2H4O	22	娜	1217.83200	-0.5	2.2767	-2.2767	1.8695	-1.8695
2	C18H38O	C2H4O	21	娜	1217.83200	-0.5	2.2767	-2.2767	1.869	-1.8695
3	C20H42O2	C2H4O	20	娜	1217.83200	-0.5	2.2767	-2.2767	1.8695	-1.8695
4	C22H46O3	C2H4O	19	娜	1217.83200	-0.5	2.2767	-2.2767	1.8695	-1.8695

第 ④ 组的产物离子质谱和 RKM 图

共聚物（共聚物）的分析

由两种或多种单体组成的共聚物需要进行高质量分辨率分析。使用 JMS-S3000 SpiralTOF™-plus 30，可以分离质谱中出现的许多同量异位峰（相同的整数质量但不同的精确质量）。由于共聚物的质谱很复杂，单独分配每个峰是不现实的。您可以使用 msRepeatFinder 通过 KMD 分析来可视化分布。下图是EO-PO嵌段共聚物的分析示例。当我们放大质谱时，我们可以看到高分辨率使我们能够实现 003 u 或更小的分离。当该谱在 KMD 图（基本单位：PO）中可视化时，可以看到反映 PO 在水平方向上的分布和 EO 在对角线方向上的分布的网格。此外，分数基 KMD 图使您能够比传统 KMD 图更清晰地可视化聚合物系列。

EO-PO嵌段共聚物的质谱

KMD 图（左）/分数基KMD 图（右）

您可以从KMD图上的图案找出二元共聚物中所含两种单体的比例或合成过程的差异。平均分子量大致相同的两种 EO-PO 共聚物的质谱图和 KMD 图（基本单位：PO）如下所示。
PO均聚物在PO-EO-PO嵌段共聚物的质谱/KMD图上检测到少量。由于合成过程中EO或PO均聚物不太可能保留在随机聚合的EO-PO共聚物中，因此该样品被认为是该样品是嵌段共聚物的支持证据之一。

另一方面，对于EO-PO无规共聚物，KMD图显示EO单体的数量分布具有较宽的范围。另外，通过指定末端基团，可以绘制EO/PO组合物的聚合度，并可以由此计算摩尔比和重量比。 PO-EO-PO嵌段共聚物的重量比与目录值吻合良好。由此，可以推定未公开的无规共聚物的EO/PO比。

EO-PO无规共聚物和PO-EO-PO嵌段共聚物的质谱

EO-PO 无规共聚物和 PO-EO-PO 嵌段共聚物的 KMD 图叠加

EO-PO无规共聚物的聚合度图

摩尔比%		重量比例%
EO	订单	EO	订单
79.8	20.2	75.0	25.0

EO-PO嵌段共聚物的聚合度图

摩尔比%		重量比%
EO	订单	EO	订单
46.8	53.2	40.1	59.9

聚合物差异分析

分析聚合物端基和分子量分布的差异非常重要，例如样品劣化、批次之间的差异以及合成过程的差异。 msRepeatFinder 允许您执行两个样本之间的差异分析。以下是聚对苯二甲酸乙二醇酯劣化分析的应用示例。降解前后的质谱显示在左下角。降解前，观察到环状低聚物为主要成分，降解后，观察到COOH/COOH末端系列为主要成分。每个质谱采集3次并进行差异分析。右下为差异分析结果的KMD图。红色是降解前的主峰，绿色是降解后的主峰。您还可以创建火山图来查看哪些组件具有统计显着差异。

降解前后的质谱

差异分析结果的 KMD 图

差异分析结果的KMD图

msRepeatFinder 聚合物分析软件（可选）

使用肯德里克质量缺陷 (KMD) 和肯德里克质量剩余 (KMR) 图来估算复杂光谱中包含的聚合物种类和端基，并揭示聚合物的真实身份。此外，由于可以分析两个样品之间的差异，因此对于验证样品劣化、批次之间的差异以及合成过程中的差异很有用。

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高级质量成像分析

质谱成像技术最初是针对蛋白质和肽等高分子量化合物而开发的。然而，随着应用范围的扩大，脂质、药物和代谢物等低分子化合物的分析已成为主流。传统的反射器 MALDI-TOFMS 被认为不适合在低分子量范围内进行测量，在该范围内可以观察到基质衍生的峰。此外，在质量成像中，还会观察到样品表面的污染物成分，这增加了阻碍观察目标化合物的因素。因此，即使在低分子区域，获得具有高质量分辨率的高选择性定位信息也极其重要。此外，即使在测量大且不平坦的样品表面时，长时间保持高质量分辨率和质量精度也很重要。
SpiralTOF™-plus 30 具有超高质量分辨率和长飞行距离，可最大限度地减少因样品表面不均匀性而导致的质量分辨率损失，是满足成像要求的高性能 MALDI-TOFMS。此外，它还支持高速质量成像分析。

噪声过滤器 FINE-AI 通过 AI（机器学习）过滤

海量成像数据处理软件 msMicroImager™ 版本 3（可选）新配备了使用 AI（机器学习）的噪声滤波器 FINE-AI Filter。通过优化和实施在扫描电子显微镜（SEM）海量成像数据处理中培育的LIVE-AI（实时图像视觉增强器-AI）技术，我们实现了海量图像图像质量的显着提升。

高分子材料的质量成像

质谱成像也可以应用于聚合物材料。通过将聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）与抗氧化剂（Irgafos168（BASF制造）和Irganox1010（BASF制造））混合来创建两个点，并且仅用紫外线照射正确的点，以使用质量成像来可视化劣化。聚合物和添加剂的数量变化都可以可视化。对于聚合物，还可以捕获平均分子量和多分散性的变化。

PMMA、Irgafos168、Irganox1010 的质量成像